Avances de la tecnología fotocatalítica en espacios interiores: I+D que contribuye a la calidad del aire y la salud colectiva

La fotocatálisis en construcción podría ser considerada como una medida complementaria para la mejora de la vida de los ciudadanos, por sus múltiples capacidades -descontaminantes, autolimpiantes, antimoho, antialgas, bactericidas, virucidas y desodorizantes-, como argumenta profusamente la AIF en las páginas del ‘Libro Blanco de la Fotocatálisis’, lanzado recientemente por esta asociación con la pretensión de facilitar un documento que sirva de referencia a la hora de prescribir o contratar un material fotocatalítico. En el contexto actual, el potencial de esta tecnología cobra aún mayor relevancia: algunas investigaciones ya apuntan la posibilidad de que sea capaz de destruir los “aerosoles” contaminados por virus -como el Covid-19- en espacios interiores.

En el tercio final del siglo XX, la fotocatálisis era una tecnología prácticamente desconocida en gran parte del mundo y, por supuesto, en Europa. Solo Japón, gracias al gran crecimiento económico vivido entre los años 60 y 80 (conocido como el “Milagro Japonés”), pudo desarrollar ampliamente esta tecnología y aplicarla con carácter general a sus infraestructuras.

La aplicación más habitual de la fotocatálisis en interiores es la eliminación de COVs, así como de otros contaminantes que, aunque están presentes en muy bajas concentraciones, contribuyen a largo plazo al denominado “síndrome del edificio enfermo”

A principios del siglo XXI, la fotocatálisis se comenzó a desarrollar en Europa, pero no fue hasta la primera década del año 2000 cuando se comenzaron con las primeras aplicaciones. El caso más destacado es el de Italia, que contaba por decenas sus aplicaciones en construcción durante esos primeros años. Posteriormente, otros países como Alemania, Francia, España y Dinamarca tomaron la iniciativa. Especial mención merece España que durante la década de 2010 ha llevado a cabo numerosos proyectos de investigación, cuyo objetivo fue aumentar el conocimiento en las condiciones de aplicación de la tecnología fotocatalítica, así como establecer protocolos de medida de su eficiencia. España, por su gran cantidad de horas de radiación solar, se sitúa como uno de los países del mundo con mayor potencial de aplicación de estas tecnologías.

“Sin embargo, el desconocimiento de esta tecnología, por parte de numerosas administraciones públicas y privadas, la ausencia de protocolos de actuación y medición de su eficiencia, el intrusismo de empresas fraudulentas que comercializan productos fotocatalíticos sin realmente serlo, y el coste de estos nuevos materiales hacen que el mercado no esté suficientemente maduro en la actualidad”, como subrayan desde la Asociación Ibérica de la Fotocatálisis (AIF), que junto con otros centros tecnológicos lleva trabajando varios años en tratar de establecer un protocolo de actuaciones encaminadas a dar la mayor información posible al consumidor final, a identificar productos fraudulentos del mercado y a estimular a los prescriptores de las ventajas del uso de estas tecnologías.

El proyecto de investigación europeo ECO-SEE se propuso desarrollar y evaluar el desempeño de materiales innovadores de construcción ecológica, entre los que estaban las aplicaciones fotocatalíticas para interiores

En esta línea cabe enmarcar el reciente lanzamiento del ‘Libro Blanco de la Fotocatálisis’ (cuya versión digital puede descargarse en la web de la AIF), elaborado por esta asociación con la pretensión de facilitar un documento que sirva de referencia a la hora de prescribir o contratar un material fotocatalítico y como respuesta a las demandas del mercado para actualizar y dar continuidad a la ‘Guía Práctica de la Fotocatálisis Aplicada a Infraestructuras Urbanas’ que ya publicara en el Congreso Nacional de Medio Ambiente en el año 2012.

Como señala el profesor Akira Fujishima, expresidente de la prestigiosa Universidad de Ciencias de Tokio y actual director del Centro Internacional de Fotocatálisis, en el prólogo del nuevo documento, la fotocatálisis está presente ya en muchos de los elementos urbanos que componen nuestra cotidianeidad, tanto en espacios exteriores como interiores. “Y desde ellos ejerce sus funciones benéficas de mejora de la calidad del aire y autolimpieza de edificios, contribuyendo a la higiene y la salud colectiva”.

Eliminación de contaminantes

La importancia científica y tecnológica de la fotocatálisis está muy reconocida a día de hoy, al ser un proceso que permite llevar a cabo reacciones químicas a presión y temperatura ambiente y utilizando la luz como fuente de energía. Entre las posibles aplicaciones, la eliminación de contaminantes en agua y aire ha sido históricamente la más investigada y es de hecho la única, junto con la muy relacionada de desinfección y autolimpieza de superficies (pavimentos, revestimientos, envolventes, cubiertas, etc.), las que han encontrado hasta el momento un mercado más maduro.

Cuando los contaminantes orgánicos (y algunos inorgánicos) entran en contacto con la superficie del fotocatalizador, y en presencia de luz UVA, son oxidados hasta formar CO2 (en concentraciones mínimas), agua y sales inorgánicas, es decir, son mineralizados. La fotocatálisis heterogénea se enmarca, de hecho, en los llamados “procesos avanzados de oxidación”, cuyo objetivo es precisamente la mineralización de contaminantes para su eliminación.

Aplicaciones en interiores

La aplicación más habitual de la fotocatálisis en interiores es la eliminación de contaminantes orgánicos, (COVs, compuestos orgánicos volátiles o, en inglés, VOCs, volatile organic compounds), así como de otros contaminantes que, aunque están presentes en muy bajas
concentraciones, contribuyen a largo plazo al denominado “síndrome del edificio enfermo”.

En hoteles, tiendas y residencias particulares pueden aplicarse productos fotocatalíticos ya existentes en el mercado, fundamentalmente pinturas y baldosas, puesto que sus características hacen favorable la incorporación del fotocatalizador en su composición, pero también otros materiales como, por ejemplo, textiles para cortinas. Por otra parte, existen también en el mercado equipos de purificación de aire para interiores que incorporan filtros fotocatalíticos y lámparas UV, y que incluyen la posibilidad de recirculación del aire para favorecer el proceso.

Las aplicaciones en interiores están basadas en la capacidad de descomposición que tiene la tecnología fotocatalítica sobre la materia orgánica. Este efecto es el que evita la adherencia de la suciedad (orgánica) sobre los paramentos verticales en interiores y exteriores, de manera que permiten mantener la estética del material fotocatalítico aplicado a lo largo del tiempo, en comparación con un material convencional, disminuyendo, por tanto, los costes de conservación y mantenimiento (demora en el tiempo las campañas de limpieza -normalmente costosa por el uso de andamios colgados- o repintados).

De la misma forma, aprovechando este efecto se emplea para combatir los malos olores (especialmente en espacios confinados: habitaciones de fumadores de hoteles, aparcamientos subterráneos, cocinas, restaurantes, cuatros de basura, etc.), para reducir la capacidad de formación de moho y algas, y también como bactericida, en espacios interiores comunes, tales
como centros sanitarios, las oficinas o el propio hogar.

Revestimientos fotocatalíticos y calidad del aire

Por otro lado, con la eficiencia energética en los edificios a la cabeza de la agenda política europea, Bruselas es sin duda el lugar donde mayor conciencia hay sobre la importancia de generar edificios con alto rendimiento energético. No obstante, como apuntan en su ‘libro blanco’ desde la AIF, “solo una minoría de la población mundial es consciente de que la calidad del aire en espacios interiores es un serio problema que debe abordarse con urgencia, por las graves consecuencias que tiene sobre la salud”.

Según figura en la documentación pública de la web del proyecto de cuatro años (2013-2017) ECO-SEE, el aire interior de los edificios podría estar entre dos y cinco veces más contaminado que en el exterior, debido a la presencia de contaminantes como los compuestos orgánicos volátiles (COV), liberados por muebles, productos de limpieza y textiles. También el moho y las bacterias resultantes de niveles excesivos de humedad son habituales en baños y cocinas.

En reconocimiento de este problema, la Comisión Europea ha apoyado una serie de proyectos de investigación que desarrollan materiales ecológicos para mejorar la calidad ambiental interior, como es el caso de ECO-SEE, que se propuso desarrollar y evaluar el desempeño de materiales innovadores de construcción ecológica, entre los que estaban las aplicaciones fotocatalíticas para interiores.

Financiado con fondos comunitarios, ha desarrollado recubrimientos higrotérmicos que regulan los niveles de humedad relativa y la temperatura, materiales de aislamiento biológicos modificados para capturar los VOC y recubrimientos fotocatalíticos para eliminar los contaminantes interiores utilizando fuentes de luz visibles. Además, como estos materiales son naturales, la energía incorporada para producirlos es muy baja y al final de su vida útil pueden eliminarse de forma segura o, incluso reciclarse.

Los resultados del proyecto se mostraron en un taller final en Bruselas el 29 de junio de 2017. Los socios desarrollaron un panel de pared “multifuncional”, que integraba varios de los materiales ecológicos mejorados durante el proyecto, para mostrar el potencial de estos materiales cuando se combinan. El panel estuvo en exhibición durante el evento, habiendo completado recientemente pruebas a escala real con demostradores en el Reino Unido y en España.

Las principales conclusiones fueron las siguientes:
• 60% de mejora en la resistencia térmica y 80% de mejora en el rendimiento de amortiguación de la humedad de los revoques de arcilla;
• 180-720% de mejora en el potencial de captura de COV del aislamiento de lana de oveja;
• Desarrollo de revestimientos fotocatalíticos para la eliminación de contaminantes orgánicos (COV) bajo fuentes de luz visible. De hecho a día de hoy, según se establece en el apartado “Eco materiales en el mundo real” del Booklet ECO-SEE, ya se han instalado paneles fotocatalíticos en las oficinas centrales de una empresa en Reino Unido para mejora de la calidad del aire interior.
• Hasta un 50% de mejora en el rendimiento energético de la pared ECO-SEE en comparación con paneles convencionales, que se tomaron de referencia, donde se emplearon materiales de aislamiento tradicional y acabado estándar.

Aplicaciones en el ámbito sanitario

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en las experiencias nacionales e internacionales y las crecientes demandas del mercado, parece claro que la fotocatálisis en construcción podría ser considerada como una medida complementaria para la mejora de la vida de los ciudadanos, por sus múltiples capacidades: descontaminantes, autolimpiantes, antimoho, antialgas, bactericidas,
virucidas y desodorizantes.

Aparte de lo ya mencionado, en aplicaciones sanitarias existe la posibilidad de incorporar un material fotocatalizador en los materiales plásticos empleados en la fabricación de catéteres y otros utensilios sanitarios, de manera que se puede conseguir un efecto no solo autolimpiante en estos productos, sino también autodesinfectante, puesto que el efecto oxidante del fotocatalizador es capaz de inactivar bacterias y virus, como se ha demostrado en diversos estudios científicos. Esta aplicación, aún en proceso de desarrollo, ofrece un amplio nicho de mercado para los productos fotocatalíticos.

A la luz de la actual pandemia Covid-19, la pregunta de cómo limitar los brotes del virus en el futuro parece ser más relevante que nunca. La fotocatálisis con dióxido de titanio (TiO2, en adelante) tiene el potencial de descomponer las moléculas orgánicas, que normalmente se ha venido utilizando para propósitos de autolimpieza y purificación del aire y del agua. De hecho, el TiO2 también exhibe propiedades desinfectantes y muestra buenos resultados en la degradación de bacterias, hongos y también virus.

En este marco cabe destacar un proyecto de I+D de Aire Limpio -empresa referente en soluciones de filtración, ventilación y purificación del aire interior- para la destrucción mediante fotocatálisis de los “aerosoles” contaminados por Covid-19 en hospitales y residencias, que ha conseguido la aprobación por parte del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) para ayudar a combatir la pandemia del coronavirus.

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